一种耦合式液冷型储能电站环控系统及其控制方法与流程

本发明涉及储能电站环控系统，特别涉及到一种耦合式液冷型储能电站环控系统及其控制方法。

背景技术：

1、国家和各地的储能保障政策不断推出，储能产业持续产业规模化发展，目前我国累计储能装机规模已跃居世界第一。储能电站的关键核心组件是储能电池，而温湿度环境是储能电池性能、寿命和安全性的重要因素。锂离子储能电池的最佳工作温度为10-30℃过高或过低的电池温度都会减低储能电池寿命，影响储能电池的安全性，甚至造成永久性损坏。因此，配置稳定、安全、高效节能的储能电站环控系统是保障储能电池在最佳工作温度区间正常、高效运行的前提条件。

2、对于北方严寒地区，储能电站需考虑采暖，目前主要供暖方式为电采暖和空调采暖，供暖效率较低、供暖效果较差。而储能电站的冷却系统目前主流的技术方案为风冷和液冷，热管冷却和相变冷却仍处于实验室研究阶段、尚不成熟。风冷系统整体结构简单、成本低，但散热效率低、冷却效果不均匀，因此采用液冷系统，液冷系统整体效率较高、温湿度控制更加精确，运行成本低，因此将液冷系统应用到储能电站环控系统是一个比较合理的方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中对储能电站采暖和供冷方式的不足，在保障储能电站安全运行得前提下，无法充分利用可再生能源，无法有效降低储能电站环控系统的能耗水平的问题，为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种耦合式液冷型储能电站环控系统，其特征在于，包括供暖模块本体，供冷模块本体和液冷型储能集装箱，所述供暖模块本体包括太阳能集热器，所述太阳能集热器与电极热水锅炉并联设置，太阳能集热器，通过热水管路和热水循环泵连接至供回水母管，所述供暖模块本体与供冷模块本体并联，通过供回水母管与所述液冷型储能集装箱连接。

2、本发明通过供暖模块本体和供冷模块本体来对整个储能电站的采暖和冷却进行环控，通过设置在整个系统的各个传感器来对储能电站进行监测，根据不同的传感器采集到的数据，对采集到的数据进行分析判断，然后来决定对储能电站进行采暖操作还是冷却操作，供暖工况包括两种供暖模式，第一种供暖模式为太阳能集热器供暖，第二种供暖模式为电极热水锅炉供暖；供冷工况包括三种供冷模式，第一种供冷模式为冷水机组独立供冷，第二种供冷模式为冷水机组与自然冷却换热器联合供冷，第三种供冷模式为自然冷却换热器独立供冷，整个供暖或者供冷工况的选择和切换都有严格的采用标准，可以很好的对储能电站的温度进行精确的把控，同时也可以根据不同的情况选择效率最高的供暖或者供冷工况，也可以最大程度的利用能源，提高了储能电站的使用寿命和能源利用率。

3、本发明通过配置以太阳能供热为核心的供热模块和以自然冷却系统为核心的供冷模块，在保障储能电站安全运行得前提下，充分利用可再生能源、有效降低储能电站环控系统的能耗水平；本发明的储能电站环控系统配置稳定、安全、高效节能，可以保障储能电池在最佳工作温度区间正常、高效运行，提升了储能电池的使用寿命，提高储能电池的安全性。

4、作为优选，所述供冷模块本体包括冷水机组，所述冷水机组与自然冷却换热器并联设置，所述冷水机组和自然冷却换热器的供冷侧通过冷水回水管路及冷水循环泵连接至供回水母管，冷水机组和自然冷却换热器的散热侧通过冷却水管路及冷却水循环泵与冷却塔连接。

5、本发明的供冷模块本体用于对整改储能电站进行供冷作用，冷却塔中装有冷却液，冷却液从冷却塔中流出，来对整体系统进行供冷，冷水机组用于对储能电站进行人工散热，自然冷却换热器用于对储能电站进行自然散热，散热时，自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵的作用下回到冷水机组进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。

6、作为优选，所述冷水循环泵通过补水管与自动补水定压装置连接，所述自动补水定压装置的补水管分别与供暖模块本体和供冷模块本体的回水母管连接。

7、本发明的冷水循环泵用于对管道中流动的冷水液体进行加压处理，能让管道中的冷水液体时刻处于流动状态，这样可以提高散热效率，自动补水定压装置用于补充管道中的液体，并对液体进行加压，让其可以在管道中流动，自动补水定压装置还设有接生活水口，可以用来接取生活用水。

8、作为优选，所述供暖模块本体中并联设置的太阳能集热器与电极热水锅炉的热水回水管路分别设有电动开关阀f5和f6，所述太阳能集热器的热水供水管路上设置有电动三通调节阀f11，所述电动三通调节阀f11与高温散热器旁通连接，所述高温散热器前后管道上分别设置有温度传感器a和温度传感器b，所述温度传感器a和温度传感器b监测太阳能集热器的热水供水温度。

9、本发明中太阳能集热器用于收集太阳能，通过太阳能来对液体进行供热，再让加热完的液体进入管道中流通来对储能电站进行供热，电极热水锅炉是通过电热的方式来对液体进行加热，再让加热完的液体进入管道中流通来对储能电站进行供热，当天气晴朗，太阳能充足时，本发明采用太阳能集热器来对液体进行加热，当天气阴沉，没有太阳时，本发明采用电极热水锅炉来对液体进行加热，高温散热器通过接收到温度传感器a和b的温度来对整体系统的供热进行判断，当供热过热时则启动高温散热器，使系统进行散热，防止出现温度过高而让储能电站的电池出现热损坏现象。

10、供暖模式分为两种，第一种供暖模式下，太阳能集热器、高温散热器、热水循环泵和自动定压补水机组运行，太阳能集热器利用太阳能制取的热水供至液冷型储能集装箱换热后，在热水循环泵的作用下回到太阳能集热器。当高温散热器前的温度传感器a监测的水温t1大于等于75℃时，调节电动三通调节阀的旁通水量保证高温散热器后温度传感器b监测的水温t2小于等于65℃且不低于60℃。第二种供暖模式下，电极热水锅炉、热水循环泵和自动定压补水机组运行；电极热水锅炉自液冷型储能集装箱的热水回水在热水循环泵的作用下回到电极热水锅炉，换热后作为热水供水供至液冷型储能集装箱。

11、作为优选，所述供冷模块本体中的冷水机组与自然冷却换热器并联设置，冷水机组和自然冷却换热器的供冷侧的冷水回水管路分别设有电动调节阀f7和f8，冷水机组和自然冷却换热器的散热侧的冷却水管路分别设有电动调节阀f9和f10。

12、供冷模式分为三种，第一种供冷模式下，冷水机组、冷水循环泵、冷却塔及冷却水循环泵运行；自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵的作用下回到冷水机组进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。在第二种供冷模式下，冷水机组、自然冷却换热器、冷水循环泵、冷却塔及冷却水循环泵运行；自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵作用下经电动调节阀f7和f8分配水量后分别供向冷水机组及自然冷却换热器进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。在第三种供冷模式下，自然冷却换热器、冷水循环泵、冷却塔及冷却水循环泵运行；自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵的作用下回到自然冷却换热器进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。

13、作为优选，所述供暖模块本体和所述供冷模块本体并联的供水管路分别设置有电动开关阀f1和f2，供暖模块本体和所述供冷模块本体并联的回水管路分别设置有电动开关阀f3和f4；所述液冷型储能集装箱内包括若干个电池簇和液冷单元；所述液冷单元通过液冷管道分别与液冷型储能集装箱内各电池簇连接，液冷单元通过供回水母管与供暖模块本体和供冷模块本体连接，所述液冷型储能集装箱内设置有温度传感器d。

14、作为优选，所述冷却塔的冷却水出水侧管路上设置有温度传感器c，所述温度传感器c监测冷却塔的冷却水出水温度。

15、一种耦合式液冷型储能电站环控系统的控制方法，包括以下步骤：

16、步骤一：将耦合式液冷型储能电站环控系统分为供暖工况和供冷工况两类并进行对应控制；步骤二：将供热工况分成两种供暖模式，将供冷工况分成三种供冷模式；

17、步骤三：根据液冷型储能集装箱内的温度传感器d监测的电池簇环境温度t4来确定耦合式液冷型储能电站环控系统所需的工况；

18、步骤四：选择合适的工况后控制对应的供冷和供暖机组进行工作。

19、本发明控制方法将耦合式液冷型储能电站环控系统分为供暖工况和供冷工况两类并进行对应控制。供暖工况包括两种供暖模式，第一种供暖模式为太阳能集热器供暖，第二种供暖模式为电极热水锅炉供暖；供冷工况包括三种供冷模式，第一种供冷模式为冷水机组独立供冷，第二种供冷模式为冷水机组与自然冷却换热器联合供冷，第三种供冷模式为自然冷却换热器独立供冷。

20、作为优选，步骤二中，所述供热工况下的两种供暖模式包括第一种供暖模式和第二种供暖模式，供热工况下的两种供暖模式优先采用第一种供暖模式，当第一种供暖模式的太阳能资源无法有效保障且高温散热器后温度传感器b监测的水温t2小于60℃时，切换至第二种供暖模式；

21、所述供冷工况下的三种供冷模式包括第一种供冷模式，第二种供冷模式和第三种供冷模式，供冷工况下的三种供冷模式的切换根据冷却塔的冷却水出水侧管路上的温度传感器c监测的水温t3确定，当t3＞17℃时，采用第一种供冷模式；当11＜t1≤17℃时，采用第二种供冷模式；t1≤11℃时，采用第三种供冷模式。

22、本发明第一种供暖模式下，太阳能集热器、高温散热器、热水循环泵和自动定压补水机组运行，太阳能集热器利用太阳能制取的热水供至液冷型储能集装箱换热后，在热水循环泵的作用下回到太阳能集热器。当高温散热器前的温度传感器a监测的水温t1大于等于75℃时，调节电动三通调节阀的旁通水量保证高温散热器后温度传感器b监测的水温t2小于等于65℃且不低于60℃。第二种供暖模式下，电极热水锅炉、热水循环泵和自动定压补水机组运行；电极热水锅炉自液冷型储能集装箱的热水回水在热水循环泵的作用下回到电极热水锅炉，换热后作为热水供水供至液冷型储能集装箱。

23、本发明第一种供冷模式下，冷水机组、冷水循环泵、冷却塔及冷却水循环泵运行；自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵的作用下回到冷水机组进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。在第二种供冷模式下，冷水机组、自然冷却换热器、冷水循环泵、冷却塔及冷却水循环泵运行；自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵作用下经电动调节阀f7和f8分配水量后分别供向冷水机组及自然冷却换热器进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。在第三种供冷模式下，自然冷却换热器、冷水循环泵、冷却塔及冷却水循环泵运行；自液冷型储能集装箱的冷水回水在冷水循环泵的作用下回到自然冷却换热器进行换热，降温后作为冷水供水供至液冷型储能集装箱。

24、作为优选，步骤三中，当电池簇环境温度t4＞30℃时，耦合式液冷型储能电站环控系统切换至供冷工况；当t4＜15℃时，耦合式液冷型储能电站环控系统切换至供热工况。

25、本发明的有益效果为：1.本发明通过配置以太阳能供热为核心的供热模块和以自然冷却系统为核心的供冷模块，在保障储能电站安全运行得前提下，充分利用可再生能源、有效降低储能电站环控系统的能耗水平；2.本发明的储能电站环控系统配置稳定、安全、高效节能，可以保障储能电池在最佳工作温度区间正常、高效运行，提升了储能电池的使用寿命，提高储能电池的安全性。